Геліоустановка мобільна

Реферат: Геліоустановка мобільна містить установлені на рамі геліоколектори, теплообмінник, насос з трубопроводами для підведення і відведення теплоносія. Рама виконана у вигляді візка, оснащеного конструктивними елементами та монтажно-тяговими механізмами для установки і закріплення геліоколекторів у робочу позицію та керування їхнім розташуванням у просторі. UA 68796 U (12) UA 68796 U UA 68796 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до засобів отримання сонячної енергії у виробничих умовах при створенні систем сонячного теплопостачання об'єктів переважно великих потужностей. Розроблена геліоустановка мобільна призначена для опалення та гарячого водопостачання в будинках та інших спорудах, наприклад: кафе, ресторанах, ремонтних гаражах, парниках, теплицях, басейнах, а також для нагрівання повітря в технологіях сушіння сільськогосподарської і іншої продукції. Відома сонячна установка гарячого водопостачання, яка складається з сонячного колектора, бака акумулятора, прямого трубопроводу, трубопроводу подачі холодної води до бакаакумулятора і трубопроводу відведення гарячої води до споживача, причому сонячні колектори встановлені на поворотній рамі з дискретним програматором, електрично зв'язаним із сонячною установкою, поверх поворотної рами встановлені двоконтурний трубчатий теплообмінник, з'єднаний у першому контурі з сонячними колекторами трубопроводом входу і трубопроводом виходу теплоносія, при цьому на трубопроводі входу встановлено датчик температури, а на трубопроводі виходу встановлено циркуляційний насос, у другому контурі трубчатий теплообмінник з'єднано з баком-акумулятором прямим трубопроводом і зворотним трубопроводом подачі води, виконаними з гнучкого шланга, при цьому в магістралі зворотного трубопроводу встановлено циркуляційний насос, у баці-акумуляторі на поверхні води встановлено регулятор рівня наповнення і до нього підведений трубопровід подачі холодної води з електроклапаном, крім цього на поворотній рамі додатково встановлені два комбінованих сонячних колектори з нанесеними на сприймаючу поверхню абсорберів кремнієвими фотоелектричними перетворювачами, електрично зв'язаними з інвертором [UA 84851, 2008, F24J 2/00]. Недоліком даної сонячної установки є невдале компонування вузлів конструкції, зокрема розміщення двоконтурного і відповідно масивного теплообмінника над колекторами, поверх поворотної рами. Це знижує стійкість та врівноваженість конструкції, що суттєво обмежує габарити колекторів і тому така установка має малу потужність. Також дане технічне рішення не забезпечує мобільності установки, що обмежує її функціональні можливості. Відома геліоустановка, яка містить установлені під кутом сонячні колектори, бак-акумулятор, розподільний бак, насос, трубопроводи, запірно-регулюючі пристрої, причому розподільний бак містить сиру воду і розміщений під баком-акумулятором та з'єднаний з ним додатковими трубопроводами із запірними елементами і зовнішніми пристроями для змішування теплої і сирої води, також бак-акумулятор і розподільний бак спільно утворюють вежу, яка несе на собі колектори і яка встановлена на полозоподібні опори за допомогою проміжної конструкції, причому вежа виконана із звуженням догори, а проміжна конструкція має вигляд стрижневого конусоподібного утворення, також колектори встановлені з можливістю зміни кута нахилу, крім того установка забезпечена пристроєм для перекачування води з розподільчого бака в бакакумулятор і вітроенергетичним пристроєм, розміщеним за допомогою додаткової гостроверхової вежі на баці-акумуляторі, також вітроенергетичний пристрій забезпечений блискавковідводом [RU 2182288, 2002, F24J 2/44, F24J 2/34]. Не применшуючи достоїнств даної конструкції, а саме - в деякій мірі її мобільність, слід відмітити і недоліки. Вона має обмежені функціональні можливості, тому що полозоподібні опори будуть ефективними тільки при наявності на дорогах снігу чи льоду. Також недоліком даної геліоустановки є мала потужність сприймання сонячної енергії. Адже в ній неможливо використати габаритні і відповідно потужні з великою робочою площею колектори, інакше вона втратить свою мобільність. Згідно з правилами дорожнього руху, максимальна висота транспортного засобу з вантажем може становити не більше 3,8 м. Тому нескладно вирахувати, що в даній геліоустановці максимальна робоча площа колектора може становити не більше 20 2 м . Це обумовлено значними обмеженнями розміру колекторів із-за вертикальних габаритіввежі, в якій, для забезпечення природної конвекції і циркуляції води, бак-акумулятор повинен розташовуватись над колекторами. Задачею корисної моделі є створення надійної і довговічної конструкції геліоустановки з розширеними функціональними можливостями. Вона повинна бути мобільною в будь-яку пору року і при цьому використовувати великогабаритні і відповідно потужні сонячні колектори із 2 сумарною робочою площею в 100 м і більше. Також нова геліоустановка повинна бути універсальною, тобто, в залежності від господарських потреб, нагрівати як воду, так і повітря. Означена задача вирішується тим, що в геліоустановці мобільній, яка містить установлені на рамі геліоколектори, теплообмінник, насос з трубопроводами для підведення і відведення теплоносія, згідно з корисною моделлю, рама виконана у вигляді візка, оснащеного конструктивними елементами та монтажно-тяговими механізмами для установки і закріплення геліоколекторів у робочу позицію та керування їхнім розташуванням у просторі, а також для 1 UA 68796 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 компактного їх розміщення і закріплення у транспортному положенні, причому конструктивні елементи та монтажно-тягові механізмами для установки та закріплення геліоколекторів у робочій позиції, а також для керування їхнім розташуванням у просторі, являють собою шарнірно прикріплені до рами -подібні стояки, які оснащені лебідками, тросовими розтяжками та лінійними горизонтальними перемичками, а конструктивні елементи для компактного розміщення і закріплення геліоколекторів у транспортне положення, виконані у вигляді кронштейнів, які розміщені по краях візка і оснащені напрямними, в які входять опорні ролики геліоколекторів, крім того геліоустановка оснащена пристроєм для керування кутом нахилу геліоколекторів до горизонту, який виконаний у вигляді лебідки з тяговим паралелограмним механізмом, а також оснащена датчиком швидкості вітру, що взаємодіє з системою оповіщення. На Фіг.1 і Фіг.2 наведено загальний вигляд геліоустановки мобільної в робочій позиції; на Фіг.3 зображено елемент кріплення опорних роликів колекторів до -подібних стояків; на Фіг.4 зображено поперечний переріз В-В по Фіг.3; на Фіг.5 і Фіг.6 зображено вигляд геліоустановки мобільної в транспортному положенні. Геліоустановка мобільна (див. Фіг.1, Фіг.2) складається з геліоколекторів 1, теплообмінника 2, насоса з трубопроводами для підведення і відведення теплоносія 3 (трубопроводи умовно не показані), рами, виконаної у вигляді візка 4. Всі геліоколектори між собою почергово сполучені гнучкими трубопроводами для підведення та відведення робочої рідини (теплоносія). Візок оснащений конструктивними елементами та монтажно-тяговими механізмами для установки і закріплення геліоколекторів у робочій позиції, а також для керування їхнім розташуванням у просторі, які являють собою на шарнірних опорах 5 прикріплені до рами два подібні стояки 6. На кожному стояку встановлено монтажно-тяговий механізм у вигляді лебідки 7 з тросовим, чи ланцюговим тяговим органом 8, також до стояків прикріплені тросові розтяжки 9. -подібні стояки являють собою сталеві зварні конструкції, виконані у вигляді лінійних жорстких швелероподібних профілів з коробчастими порожнинами 10 (див. Фіг.3 і Фіг.4), в яких за допомогою упорів 11 (оснащених півциліндричними ложементами) фіксуються геліоколектори, при робочій позиції. Для забезпечення необхідної взаємної стійкості, переведених у вертикальний робочий стан -подібних стояків, геліоустановка оснащена як мінімум двома стальним жорсткими поздовжніми перемичками 12. При транспортному положенні дані перемички розташовуються і кріпляться над геліоколекторами (див. Фіг.5). Конструктивні елементи для компактного розміщення і закріплення геліоколекторів у транспортне положення, виконані у вигляді, розміщених по краях візка, кронштейнів 13 оснащених напрямними 14, в які вкочуються опорні ролики 15, які жорстко прикріплені до бокових рамних елементів геліоколекторів і в своїх цапфах мають шліцеві отвори 16 (див. Фіг.3). Також геліоустановка оснащена пристроєм для керування кутом нахилу геліоколекторів до горизонту, який виконаний у вигляді двох лебідок 17 (з ручним або електроприводом) та двох тягових паралелограмних механізмів 18. Крім того геліоустановка оснащена датчиком швидкості вітру, що взаємодіє з системою оповіщення. Додатково геліоустановка комплектується спеціальним важелем та драбиною (на кресл. не показані). Одна людина, ознайомлена з інструкцією по монтажу і експлуатації даної установки, та два помічники (без використання підйомного крана) зможуть за кілька годин розвернути геліоустановку мобільну в робочу позицію чи скласти її в транспортне положення. Попередньо, на місцях експлуатації, повинні бути забетоновані в землю дві пари стальних різьбових наконечників 19, до яких кріпляться в робочому положенні -подібні стояки 6, а також забетоновані дві пари зачепів 22, до яких кріпляться талрепи тросових розтяжок 9. Розвертання геліоустановки в робочу позицію проводиться наступним чином. Спочатку візок 4 з усім обладнанням, за допомогою трактора, чи іншого тягового засобу, доставляють на місце експлуатації і розміщують в попередньо визначеному положенні - відносно раніше забетонованих різьбових наконечників 19. Ознайомлений з інструкцією по монтажу фахівець спеціальним важелем виконує початковий (неповний) підйом -подібного стояка, який провертається відносно своєї шарнірної опори 5, а потім два його помічники за допомогою тросових розтяжок 9 повністю завершують розвертання стояка у вертикальне положення і прикріплюють його опорні фланці до різьбових наконечників 19. Також, за допомогою талрепів кріплять тросові розтяжки 9 до попередньо забетонованих зачепів 20 і виконують їх попередню натяжку. Аналогічну роботу виконують і з іншим -подібним стояком. В кронштейнах 13 розблоковують геліоколектори 1. За допомогою опорних роликів 15 перекочують по напрямних 14 перший (крайній від стояків) геліоколектор. Через спеціальний паз, виконаний в 2 UA 68796 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 швелероподібних профілях стояків 6, опорні ролики 15 потрапляють в коробчасті порожнини 10, а їхній геліоколектор відповідно розміщується в просторі між стояками. За допомогою установлених на -подібних стояках монтажно-тягових механізмів (лебідки 7 з тросовим, чи ланцюговим тяговим органом 8), два помічники синхронно (по кількості обертів) підіймають геліоколектор до попередньо відміченого положення, при якому, в звільнений простір, аналогічно попередньому геліоколектору, заводиться наступний геліоколектор, які зчіплюються між собою спеціальними зачепами. Знову виконується підіймання, але уже одночасно двох заведених між стояки геліоколекторів. Аналогічно і почергово процес повторяється і з іншими геліоколекторами, поки останній із них не займе своє положення між подібними стояками. Разом із геліоколекторами одночасно підіймаються і розміщені на них стальні жорсткі поздовжні перемички 12, які потім розміщаються і кріпляться між -подібними стояками. Далі, з використанням драбини, в швелероподібних порожнинах -подібних стояків закріплюють нижні половинки упорів 11, які оснащені півциліндричними ложементами. Потім синхронно лебідкою 7 опускають одночасно всі геліоколектори, поки їхні опірні ролики не розмістяться в півциліндрах упорів 11, а тросовий, чи ланцюговий тяговий орган 8 прослабне, і його відчіплюють від геліоколектора. Далі кріплять верхні половинки упорів 11. Потім приєднують до -подібних стояків стальні жорсткі поздовжні перемички 12, які забезпечать розвернуту геліоустановку необхідною стійкістю в поздовжньому напрямі. На кінцевому етапі монтажу кріплять пристрій для керування кутом нахилу геліоколекторів до горизонту. Для цього уставлюють в цапфи шліцевих отворів 16 відповідно шліцеві кінці важелів тягового паралелограмного механізму 18, який кінематично зв'язаний з лебідкою 17, котра може мати ручний, або одночасно ручний і електричний привод. Для переведення геліоколекторів із робочої позиції в транспортне положення і їх подальше компактне розміщення на візку 1 необхідно виконати вище наведені операції в зворотній послідовності. Геліоустановка мобільна може бути укомплектована пристроєм для орієнтації на Сонце і впродовж світлового дня забезпечувати в автоматичному режимі установку потрібного нахилу геліоколекторів до горизонту. Тоді повертання геліоколекторів у просторі, в автоматичному режимі, буде виконувати тяговий паралелограмний механізмом 18, за допомогою оснащеної електроприводом лебідки 17. Датчик швидкості вітру з системою оповіщення спрацьовують при буревіях. Так, при ручному керуванні нахилом геліоколекторів до горизонту, датчик включає систему оповіщення, наприклад звукову, чи світлову і тим самим попереджає про необхідність переведення площин геліоколекторів в паралельне положення домінуючому напряму руху повітря. Нахил геліоколекторів до горизонту буде виконуватись лебідкою 17 з ручним приводом та кінематично зв'язаним із нею тяговим паралелограмним механізмом18. При автоматичному керуванні нахилом геліоколекторів до горизонту лебідка 17 повинна мати електричний привод. Тоді, після отримання необхідної команди, вона, разом із тяговим паралелограмним механізмом 18, оперативно забезпечить повертання геліоколекторів в потрібне положення. Таким чином наявність датчика швидкості вітру з системою оповіщення дасть можливість своєчасно повернути геліоколектори в безпечне положення. Це дозволить несучій конструкції витримати значні вітрові навантаження, що забезпечить її надійність та довговічність. Геліоустановка мобільна є універсальним технічним засобом і в залежності від господарських потреб, може виконувати роботу по нагріванні як води, так і повітря, тобто вона розрахована на ефективну експлуатацію протягом всього року. Вона працює наступним чином. Сонячна енергія поглинається поверхнею геліоколекторів і нагріває власну робочу рідину (теплоносій), яка за допомогою циркуляційного насоса 3 подається від геліоколекторів до двоконтурного теплообмінника 2. В осінньо-зимовий період теплообмінник 2 передає тепло воді, яка знаходиться у його другому контурі. Потім теплоносій в охолодженому стані знову примусово надходить в геліоколектори. Нагріта вода із теплообмінника надходить на господарські потреби, де, в залежності від технології її використання, може в охолодженому стані знову подаватись в теплообмінник геліоустановки, або туди може надходити свіжа холодна вода. Процес відбувається безперервно. В період збирання урожаю, геліоустановка мобільна переїжджає до сушарок і нагріває повітря, яке безпосередньо використовується ними для сушіння сільськогосподарської продукції, наприклад зернових культур. Для цього другий контур теплообмінника 2 звільняється від води і патрубки її підводу та відводу закриваються, а до конфузора (див. поз. 21), який установлений на теплообміннику, приєднується всмоктувальний повітропровід вентилятора 3 UA 68796 U 5 10 15 20 25 30 35 сушарки. Повітря, омиваючи внутрішню поверхню теплообмінника, нагрівається і подається в сушарку. Також можлива комплектація геліоустановки окремими змінними теплообмінниками (для води і для повітря). Новостворену конструкцію геліоустановки мобільної, для прикладу, конструктивно оснастимо чотирма геліоколекторами, в кожному із яких довжина робочої поверхні становитиме 2 12 м, а висота 2,5 м. Тоді робоча площа одного геліоколектора складе 30 м , а сумарна робоча 2 площа геліоустановки мобільної відповідно становитиме 120 м . В літній сонячний день, наприклад в жнива, геліоустановка матиме потужність до 100-120 кВт за годину, а в зимовий сонячний день її потужність становитиме близько 50-60 кВт за годину. Нехай протягом року погодні умови дозволили геліоустановці працювати 300 світлових днів, адже сучасні геліоколектори ефективно поглинають сонячне випромінювання і в похмуру погоду. Приймаємо середньорічну довжину світлового робочого дня геліоустановки рівну 7 годинам. Очікувана середня потужність становитиме близько 50 кВт за годину. Тоді річна кількість енергії, яку виробить геліоустановка, становитиме: 300 дн. × 7 г × 50 кВт=105000 кВт/г. Безперечно, що темпи зростання вартості органічних теплоносіїв переважають швидкість зростання вартості електроенергії. Із ростом масштабів використання альтернативних джерел, для отримання електроенергії, ця прогресивна тенденція збережеться і надалі. Тому, якщо взяти для розрахунку ефективності створеної геліоустановки вартість електроенергії, то отримаємо наступний результат. На промислових об'єктах, вартість однієї кВт/години електроенергії, зараз становить 0,8 грн.кВт/г. Тоді очікуваний річний прибуток від експлуатації геліоустановки складе: 105000 кВт/г × 0,8 грн./кВт/г=84000 грн. При нинішній вартості матеріалів та комплектуючих, очікувана вартість геліоустановки мобільної з вище прийнятими конструктивними параметрами, становитиме 320 тис. грн. Тоді термін окупності визначиться наступним чином: 320 тис. грн. : 84 тис. грн.=3,8 років. Враховуючи те, що ціни на енергію невпинно зростають, реальний термін окупності становитиме не більше трьох років. Також слід відмітити про наявність екологічного ефекту (відсутність шкідливих викидів в атмосферу, які мають місце при спалюванні органічного палива). В матеріальному плані цей ефект забезпечується відповідними податковими пільгами. Аналіз відомих конструкцій геліоустановок показує, що дана розробка є конкурентоспроможною. Тобто, завдяки кращій відповідності її якісних характеристик вимогам ринку, вона буде привабливішою для покупця в порівнянні з іншими виробами аналогічного виду й призначення. Таким чином створена конструкція геліоустановки мобільної повинна знайти широке застосування, адже вона має солідну потужність, універсальна і здатна забезпечувати дармовою сонячною енергією впродовж багатьох років експлуатації. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 1. Геліоустановка мобільна, що містить установлені на рамі геліоколектори, теплообмінник, насос з трубопроводами для підведення і відведення теплоносія, яка відрізняється тим, що рама виконана у вигляді візка, оснащеного конструктивними елементами та монтажно-тяговими механізмами для установки і закріплення геліоколекторів у робочу позицію та керування їхнім розташуванням у просторі, а також для компактного їх розміщення і закріплення у транспортному положенні. 2. Геліоустановка за п. 1, яка відрізняється тим, що конструктивні елементи та монтажно-тягові механізмами для установки та закріплення геліоколекторів у робочій позиції, а також для керування їхнім розташуванням у просторі, являють собою шарнірно прикріплені до рами 1подібні стояки, які оснащені лебідками, тросовими розтяжками та лінійними горизонтальними перемичками, а конструктивні елементи для компактного розміщення і закріплення геліоколекторів у транспортне положення виконані у вигляді кронштейнів, які розміщені по краях візка і оснащені напрямними, в які входять опорні ролики геліоколекторів. 3. Геліоустановка за п. 1 і п. 2, яка відрізняється тим, що містить пристрій для керування кутом нахилу геліоколекторів до горизонту, який виконаний у вигляді лебідки з тяговим паралелограмним механізмом, а також оснащена датчиком швидкості вітру, що взаємодіє з системою оповіщення. 4 UA 68796 U 5 UA 68796 U 6 UA 68796 U 7 UA 68796 U Комп’ютерна верстка А. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8